Design de Rede Hierárquica - Camada de Acesso do Modelo de Design de Rede Hierárquica
Para atender aos objetivos comerciais e técnicos de um cliente para o design de uma rede corporativa, você pode precisar recomendar uma topologia de rede com muitos componentes inter-relacionados. Esta tarefa é mais fácil se você pode "dividir e conquistar" o trabalho e desenvolver o design em camadas.
Especialistas em design de redes desenvolveram o modelo hierárquico de design de rede para ajudá-lo a desenvolver uma topologia em camadas. Cada camada pode ser focada em funções específicas, permitindo que você escolha os sistemas e recursos certos para a camada. Por exemplo, roteadores WAN de alta velocidade podem transportar tráfego através do bacakbone WAN da empresa, roteadores de média velocidade podem conectar edifícios em cada campus, e switches podem conectar dispositivos de usuários e servidores dentro de edifícios.
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Uma topologia hierárquica típica é
- Uma camada central de roteadores e switches de alta gama que são otimizados para disponibilidade e desempenho.
- Uma camada de distribuição de roteadores e switches que implementam políticas.
- Uma camada de acesso que conecta os usuários através de switches e pontos de acesso sem fio.
Por que Usar o Modelo de Design de Rede Hierárquico
Redes que crescem sem qualquer plano, tendem a se desenvolver em um formato não estruturado. Dr. Peter Welcher, autor de projetos de rede e artigos de tecnologia para a Cisco World e outras publicações, refere-se a redes não planejadas como redes bola de pêlo.
Welcher explica as desvantagens da topologia bola de pêlo, apontando os problemas causados por muitas adjacências de CPU. Quando os dispositivos de rede se comunicam com muitos outros dispositivos, a carga de trabalho exigida das CPUs nos dispositivos pode ser muito pesada. Por exemplo, em uma grande rede plana (comutada), os pacotes de transmissão são pesados. Um pacote de transmissão interrompe a CPU em cada dispositivo dentro do domínio de transmissão, e exige tempo de processamento em cada dispositivo para o qual um protocolo de entendimento para essa transmissão é instalado. Isso inclui roteadores, estações de trabalho e servidores.
Outro problema potencial com redes não-hierárquicas, além de pacotes de transmissão, é a carga de trabalho da CPU necessária para que os roteadores se comuniquem com muitos outros roteadores. Uma metodologia hierárquica de design de rede permite projetar uma topologia modular que limita o número de roteadores comunicantes.
A utilização de um modelo hierárquico pode ajudá-lo a minimizar os custos. Você pode comprar os dispositivos apropriados para cada camada da hierarquia, evitando assim gastar dinheiro em recursos desnecessários. Além disso, a natureza modular do modelo de design hierárquico permite um planejamento preciso da capacidade dentro de cada camada, reduzindo assim a largura de banda desperdiçada. Os sistemas de gestão da rede podem ser distribuídos pelas diferentes camadas, para controlar os custos de gestão.
A modularidade permite que você mantenha cada elemento de design simples e fácil de entender. A simplicidade minimiza a necessidade de treinamento extensivo para os técnicos e agiliza a implementação de um projeto. Testar um projeto de rede é fácil porque há uma funcionalidade bem clara em cada camada. O isolamento de falhas é melhorado porque os técnicos de rede podem facilmente reconhecer os pontos de transição na rede, o que ajuda a isolar possíveis pontos de falha.
O design hierárquico facilita efetuar alterações. Como elementos de uma rede requerem mudança, o custo de fazer uma atualização é contido em um pequeno subconjunto da rede global. Em grandes arquiteturas de rede planas ou entrelaçadas, as mudanças tendem a impactar um grande número de sistemas. Substituir um dispositivo pode afetar numerosas redes por causa das interconexões complexas.
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Como Você Pode Saber Quando Tem um Bom Design
Aqui estão algumas respostas de Peter Welcher que são baseadas nos princípios do design hierárquico, modular de rede:
- Quando você já sabe como adicionar um novo edifício, andar, WAN link, local remoto, serviço de e-commerce, e assim por diante.
- Quando novas adições causam apenas mudanças locais, para os dispositivos diretamente conectados.
- Quando a sua rede pode duplicar ou triplicar de tamanho sem grandes alterações de design.
- Quando a solução de problemas é fácil porque não existem interações complexas de protocolos.
Quando a escalabilidade é um objetivo principal, uma topologia hierárquica é recomendada porque a modularidade em um projeto permite a criação de elementos que podem ser replicados à medida que a rede cresce. Como cada instância de um módulo é consistente, a expansão é fácil de planejar e implementar. Por exemplo, planejar uma rede campus para um novo local pode simplesmente ser uma questão de replicar o projeto de rede de um campus existente.
Topologias Planas vs Hierárquicas
Uma topologia de rede plana é adequada para redes muito pequenas. Com um design de rede plana, não há hierarquia. Cada dispositivo de rede tem essencialmente o mesmo trabalho, e a rede não é dividida em camadas ou módulos. Uma topologia de rede plana é fácil de projetar e implementar, e é fácil de manter, desde que a rede permaneça pequena. No entanto, quando a rede cresce, a topologia plana não é ideal. A falta de hierarquia torna a resolução de problemas difícil. Em vez de ser capaz de concentrar esforços para solucionar problemas em apenas uma área da rede, você precisa inspecionar toda a rede.
Topologias Flat WAN
Uma rede de grande área (WAN) para uma pequena empresa pode consistir em alguns locais conectados. Cada local tem um roteador WAN que se conecta a dois outros locais através de links ponto-a-ponto. Enquanto a rede WAN é pequena (apenas alguns locais), protocolos de roteamento podem convergir rapidamente, e a comunicação com qualquer outro local pode ser recuperada quando um link falha. (Contanto que apenas um link falhe, a comunicação recupera. Quando mais de uma ligação falha, alguns locais podem ficar isolados).
Uma topologia de rede plana geralmente não é recomendada para redes com muitos locais. Uma topologia de loop pode significar que existem muitos saltos entre roteadores em lados opostos do loop, resultando em atraso significativo e uma maior probabilidade de falha. Se sua análise do fluxo de tráfego indica que roteadores em lados opostos trocam muito tráfego, você deve recomendar uma topologia hierárquica em vez de um loop. Para evitar qualquer ponto de falha, roteadores ou switches redundantes podem ser colocados em camadas superiores da hierarquia.
Topologias Flat LAN
No início e meados da década de 1990, um design típico para uma LAN era PCs e servidores ligados a um ou mais hubs em uma topologia plana. Os PCs e servidores implementaram um processo de controle de acesso aos meios de comunicação, como passagem de token ou sentido portador de acesso múltiplo com detecção de colisão (CSMA/CD) para controlar o acesso à largura de banda compartilhada. Os dispositivos eram todos parte do mesmo domínio de largura de banda e tinham a capacidade de afetar negativamente o atraso e a capacidade de outros dispositivos.
Atualmente, os designers de rede geralmente recomendam anexar os PCs e servidores à camada de ligação de dados (Camada 2) de switches em vez de hubs. Neste caso, a rede é segmentada em pequenos domínios de largura de banda com um número limitado de dispositivos a qualquer momento. (No entanto, os dispositivos competem pelo serviço de hardware e software dos switches, por isso é importante entender as características de desempenho dos switches escolhidos.
Topologias Malha vs Malha Hierárquica
Os designers de rede geralmente recomendam uma topologia de malha para atender aos requisitos de disponibilidade. Em uma topologia de malha completa, cada roteador ou switch é conectado a todos os outros roteadores ou swtiches. Uma rede de malha completa oferece redundância completa, e oferece um bom desempenho, porque há apenas um atraso de uma única ligação entre quaisquer dois locais. Uma rede de malha parcial tem menos ligações. Para alcançar outro roteador ou switch, em uma rede de malha parcial, pode ser necessário atravessar ligações intermediárias.
O Modelo Hierárquico Clássico De Três Camadas
A literatura publicada pela Cisco Systems, Inc. e outros fornecedores de rede, fala sobre um modelo hierárquico clássico de três camadas para topologias de design de rede. O modelo de três camadas permite agregação de tráfego e filtragem em três níveis sucessivos. Isto torna o modelo hierárquico de três camadas escalável para grandes redes internacionais de internet.
Embora o modelo tenha sido desenvolvido em uma época em que roteadores delineavam camadas, o modelo pode ser usado para redes com switches, bem como redes com roteadores.
Cada camada do modelo hierárquico tem um papel específico. A camada central fornece o transporte ideal entre os locais. A camada de distribuição conecta os serviços de rede à camada de acesso, e implementa políticas de segurança, carregamento de tráfego e roteamento. Em um projeto WAN, a camada de acesso consiste dos roteadores na borda das redes do campus. Em uma rede campus, a camada de acesso fornece switches ou hubs para acesso ao usuário final.
Orientações para Design de Redes Hierárquicas
Esta seção descreve brevemente algumas orientações para o design de redes hierárquicas. Seguir estas orientações simples irá ajudá-lo a projetar redes que beneficiam do design hierárquico.
A primeira orientação é que você deve controlar o diâmetro de uma topologia hierárquica de rede empresarial. Na maioria dos casos, três grandes camadas são suficientes:
- A camada central
- A camada de distribuição
- A camada de acesso
Controlar o diâmetro da rede proporciona uma latência baixa e previsível. Ele também ajuda você a prever caminhos de roteamento, fluxos de tráfego e requisitos de capacidade. Um diâmetro controlado da rede também facilita a resolução de problemas e a documentação da rede.
Finalmente, uma outra diretriz para o design hierárquico da rede é que você deve projetar primeiro a camada de acesso, seguido pela camada de distribuição, e então, finalmente, a camada central. Ao começar com a camada de acesso, você pode efetuar o planejamento de capacidade para a distribuição e camadas centrais com mais precisão. Você também pode reconhecer as técnicas de otimização que vai precisar para as camadas distribuição e central.
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Estrutura Hierárquica Organizacional.
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